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Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von reinem, duktilem Niob
oder Tantal Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reinem, duktilem
Niob oder Tantal durch Schmelzflußelektrolyseder entsprechenden Sauerstoffverbindungen
und Oxyde.
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Tantal und Niob konnten elektrolytisch bisher nicht in ausreichend
reiner und duktiler Form hergestellt werden. Der Kathodenniederschlag wurde in pulverförmigem
Zustand und derart durchsetzt mit Verunreinigungen erhalten, daß er nur einen begrenzten
praktischen Anwendungsbereich hatte und weitere Raffinationsverfahren erforderte.
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Hauptzweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, durch
welches das Oxyd von Niob oder Tantal unmittelbar durch Schmelzflußelektrolyse in
das entsprechende Metall von hoher Reinheit und Duktilität übergeführt wird. Das
erfindungsgemäße Verfahren liefert das Metall in Form von Einzelkristallen, die
frei von Pulver sind und sich leicht von dem Elektrolyten durch einfaches Waschen
trennen lassen und die außerdem nahezu frei von Sauerstoff, Oxyden, Kohlenstoff,
Carbiden, Stickstoff, Nitriden, Wasserstoff, Hydriden, Siliciden, Boriden u. dgl.
sind. Die erfindungsgemäße Elektrolyse führt zu einem metallischen Produkt, welches
sich leicht und einfach nach billigen Methoden verdichten läßt.
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Man hat Tantal und Niob bereits durch Schmelzflußelektrolyse der entsprechenden
Alkalifluortantalate (KZTaF,) oder Alkalifluorniobate (KZNbF7) oder Alkalifluoroxyniobate
(KZNb O F7) in Lösung in einem Alkalihalogenid mit oder ohne Zusatz der entsprechenden
Pentoxyde (Ta205 bzw. Nb205) hergestellt (vgl. Driggs und Mitarbeiter, Ind. Eng.
Chem., Bd.23, 1931, Nr.6, S. 634 bis 637; Balke, a. o. O., Bd.27, 1935, S. 1166;
USA.-Patentschrift 1815 054). Das nach diesen Verfahren erhaltene Metall
läßt sich nur schwer von dem anhaftenden Elektrolyten trennen. Die in dem anhaftenden
Elektrolyten enthaltenen Verbindungen lösen sich nicht in gewöhnlichen Lösungsmitteln,
und das Metall muß durch Aufbereitungsverfahren, wie Zerkleinern, Vermahlen, Sichten
und Flotation, gewonnen werden. Das Metall fällt in feinpulvriger Form an und ist
noch mit Sauerstoffverbindungen, Carbiden, Nitriden und Hydriden verunreinigt, die
die Verwendbarkeit dieser Metalle beschränken. Niob und Tantal sind auch bereits
durch Reduktion der Alkali-Fluorkomplexsalze KZNbF7 bzw. KZTaF7 mit Natrium, durch
Reduktion der Oxyde mit Calcium in Gegenwart eines Fluß- und bzw. oder Hilfsmittels
und durch Reduktion der Pentachloride Nb Cl" bzw. Ta Cl, mit Wasserstoff dargestellt
worden. Nach diesen Methoden erhält man zwar reinere Metalle, die Erzeugungskosten
sind jedoch in Anbetracht der Kosten für die Herstellung der Reaktionsteilnehmer
und für die Abtrennung des Metalls hoch.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden diese Schwierigkeiten vermieden,
und es werden andere Vorteile erzielt, indem ein Salzbad elektrolysiert wird, das
aus mindestens einem Erdalkalihalogenid besteht und zu welchem ein Teil mindestens
eines Erdalkalioxydes zugesetzt worden ist, worauf zu diesem Elektrolyten mindestens
ein Oxyd von Niob oder Tantal zugesetzt wird; das Niob oder Tantal scheidet sich
dann als reines kristallines und duktiles Metall auf einer inerten Kathode ab, wobei
an einer unlöslichen Anode Sauerstoff in Freiheit gesetzt wird. Das bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren abgeschiedene Metall läßt sich leicht durch Waschen mit Wasser von dem
anhaftenden Elektrolyten befreien, da die als Rückstand hinterbleibenden Salzkomponenten
in Wasser oder in angesäuertem Wasser löslich sind.
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Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
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Beispiel 1 Soweit nichts anderes angegeben ist, wurde in allen hier
beschriebenen Verfahren mit den reinsten verfügbaren Verbindungen gearbeitet, die
durch Schmelzen unter gasförmigem Chlorwasserstoff, Hindurchleiten von trockenem
Chlorwasserstoff durch die Chloridschmelzen und Elektrolysieren zwecks Entfernung
von Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen noch weiter vorgereinigt wurden. Bei
der Entwässerung der Oxyde und im Verlauf der Elektrolyse wurde unter gereinigtem,
trockenem Argon gearbeitet. In sämtlichen Fällen wurde die Elektrolyse durch Außenbeheizung
in Gang gesetzt.
100 Teile NaCl wurden in einer mit Nickel ausgekleideten
Zelle geschmolzen. Die gereinigte Schmelze war durchsichtig und wasserhell. Die
Schmelze wurde mit 1/2 Teil Ta205 versetzt und mit einem Nickelrührstab umgerührt.
Durch Augenschein konnte festgestellt werden, daß nur wenig oder nichts von dem
reinen, trockenen Ta,0, von der Schmelze gelöst wurde. Bei der Elektrolyse unter
Verwendung der Nickelauskleidung als Kathode und eines in die Mitte des Elektrolyten
eintauchenden Graphitstabes von 15,8 mm Durchmesser als Anode wurde kein Tantal
abgeschieden. Der Elektrolyt wurde dann mit reinem, getrocknetem Calciumoxyd versetzt;
es war jedoch keine wesentliche Verbesserung in der Löslichkeit des Tantaloxyds
zu bemerken. Bei der Elektrolyse dieses Gemisches schied sich nur metallisches Natrium,
jedoch kein Tantal ab. Die Verfahrensstufen wurden mit verschiedenen Alkali- und
bzw. oder Erdalkalihalogeniden als Lösungsmittel wiederholt; die Ergebnisse sind
in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt. Die Dauer eines jeden Versuchs betrug
1 bis 5 Stunden. Die Mengenverhältnisse sind in Gewichtsprozent angegeben.
Wenn nur Ca Cl, als Lösungsmittel ohne einen Zusatz von CaO verwendet und die Elektrolyse
bei Temperaturen zwischen 850 und 1200°C durchgeführt wurde, so lösten sich etwa
3 Gewichtsprozent Ta,0, in der Schmelze auf, und es schied sich etwas Ta in der
Zelle ab.
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Bei diesen Versuchen wurde darauf geachtet, daß weder Feuchtigkeit
noch Wasser in irgendeiner Form anwesend war.
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Die Kathodenstromdichten wurden im Bereich von etwa 0,0155 bis etwa
15,5 A/cm2 variiert. Die Anodenstromdichten wurden ebenfalls geändert, und zwar
im Bereich von etwa 0,0155 bis etwa 1,55 A/cm2. Die Gegenwart einer Alkalihalogenverbindung
in der Schmelze verhindert also offensichtlich die Abscheidung von Tantal in gewinnbarem
Zustande. Gewöhnlich scheidet sich nur das Alkalimetall ab. Weiter wurde die folgende
Beobachtung gemacht: Wenn z. B. NaCl zu einem Elektrolyten zugesetzt wurde, der
wie der oben beschriebene aus CaCl2, CaO und Ta,0, bestand und eine Tantalabscheidung
lieferte, wurde die Erzeugung von gewinnbarem Tantal nach dem Zusatz beeinträchtigt
oder hörte ganz auf.
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Ein abgeändertes Verfahren ist das folgende: Beispiel 2 In einer ähnlichen
Vorrichtung wie der im Beispiel l beschriebenen wurden 10 Teile KzTaF7 geschmolzen.
In Anbetracht des hohen Dampfdruckes dieses Stoffes konnte keine für einen elektrolytischen
Versuch ausreichende Menge erschmolzen werden. Dann wurden zu der Substanz in der
Zelle 70 Teile vorgereinigtes K Cl hinzugefügt, und die Masse wurde bei 750 bis
850'C
verschmolzen. Die schließliche Zusammensetzung war 85,7 Gewichtsprozent
K Cl und 14,3 Gewichtsprozent K,TaF7. Das Bad wurde zwischen einer Graphitanode
von 25,4 mm Durchmesser und der Nickelauskleidung als Kathode elektrolysiert. In
Gegenwart eines inerten Gases tritt im Bad Polarisation auf; die Elektrolyse kann
daher bei keiner brauchbaren Stromdichte betrieben werden, die es ermöglicht, in
dem Bad nur eine Gleichstromelektrolyse durchzuführen. Obwohl aus dem Bad Tantal
abgeschieden werden konnte, war es unmöglich, die Schmelze an TantalsaIzen zu erschöpfen.
Die als Rückstand hinterbleibenden Salze lassen sich schwer von Tantal auf chemischem
Wege trennen, während das Metall durch mechanische Trennverfahren beeinträchtigt
wird. Ferner ist zu bemerken, daß das Metall nicht in Form wachsender Kristalle
abgeschieden wurde, sondern offenbar durch sekundäre chemische Reduktion entstand.
Wird das Bad der Lufteinwirkung ausgesetzt, so verschwindet die Polarisation, und
man kann bei höherer Stromdichte arbeiten. Durch Zusatz von Ta,0, zu der Schmelze
kann die Polarisation vollständig beseitigt werden.
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Ein anderer Versuch wurde unter Verwendung eines äquimolekularen eutektischen
Gemisches von K C1 und NaCI als Lösungsmittel mit etwa 28 Gewichtsprozent
K,TaF7
durchgeführt. Hierbei findet oberhalb etwa 850°C eine übermäßige Rauchentwicklung
statt. Die Elektrolyse wurde bei etwa 750°C durchgeführt. Auch in diesem Falle gelang
es nicht, das Bad an Tantal zu erschöpfen oder einen ununterbrochenen Stromfluß
aufrechtzuerhalten. Dem Aussehen nach hatte sich das Metall auch hierbei durch sekundäre
chemische Reduktion gebildet.
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In einer gereinigten, mit Nickel ausgekleideten Zelle wurden 64,8
Gewichtsprozent K Cl, 25,9 Gewichtsprozent KF und 9,3 Gewichtsprozent K,TaF7 geschmolzen,
und die Temperatur des Bades wurde auf 750 bis 800'C
gehalten. Bei der Elektrolyse
schied sich Tantal ab, im Bad trat jedoch Polarisation auf, so daß es sich längere
Zeit nicht elektrolysieren ließ. Dann wurde dem Bad Ta,0, in solcher Menge zugesetzt,
daß eine Lösung von etwa 10 Gewichtsprozent entstand. Die Schmelze war klar und
durchsichtig. Bei der Elektrolyse schied sich sichtlich Tantal auf der Kathodenwandung
ab. Es war jedoch auch in diesem Falle unmöglich, das Bad an Tantal zu erschöpfen,
und das Metall ließ sich von dem Elektrolyten nur schwer trennen.
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Die Ergebnisse dieser Versuchsreihe sind in Tabelle II zusammengefaßt.
Die Kathodenstromdichten variierten im Bereich von 0,0155 bis etwa 1,55 A/cm2, während
die Anodenstromdichten unterhalb etwa 0,775 A/cm2 gehalten wurden. Um die Polarisationswirkungen
auszuschalten, wurde die Spannung fortschreitend vermindert, bis die elektrolytische
Abscheidung praktisch nicht mehr möglich war.
| Tabelle II |
| Zusammensetzung Temperatur |
| des Elektrolyten C ;Merkmale des Versuchs Beobachtungen und
Ergebnisse |
| I ° |
| KF - K.TaF, 800 bis 850 Starke Polarisation unter inertem Gas.
Die Schmelze ist flüchtig und ent- |
| Nickelkathode. Graphitanode. Salze wickelt Rauch. Das Metall
ist dunkel- |
| lassen sich schwer von der Abscheidung grau. Sehr geringe Stromausbeute.
Das |
| entfernen. Metall ist feinkörnig und scheint sich |
| durch sekundäre chemische Reduktion |
| gebildet zu haben. |
| KCl - NaCI - 750 Nickelkathode. Graphitanode. Polari- Metall
besitzt hellere Farbe als beim |
| K,TaF7 sation unter inertem Gas. Elektrolyse obigen Versuch.
Es war jedoch äußerst |
| läßt sich nicht fortlaufend durchführen. schwierig, die unlöslichen
Salze von |
| dem Metallpulver zu trennen. Das |
| Metall war pulverförmig und an- |
| scheinend durch sekundäre chemische |
| Reduktion entstanden. Stromausbeute |
| weniger als 50 °/o. |
| K Cl - K F - 750 bis 800 Nickelkathode. Graphitanode. Polari-
Das Bad entwickelt bei höheren Tem- |
| K,TaF7 - sation bei Anodenstromdichte von peraturen Rauch.
Das Metall ist |
| Ta,0, 0,775 A/cm2. Elektrolyse läßt sich weniger hell als beim
obigen Versuch. |
| unter inertem Gas oder an der Luft Die Hauptmenge des Metalles
ist fein- |
| durchführen. körnig und schaumförmig. Keine großen |
| silbrigen Kristalle. Das Bad läßt sich |
| nicht an Tantal erschöpfen. Das Me- |
| tall läßt sich nicht leicht vom Elektro- |
| lyten trennen. Stromausbeute höher |
| als bei den anderen Versuchen. |
Die Ergebnisse waren nicht zufriedenstellend. Alles bei dieser Art von Elektrolyse
erhaltene Metall war nicht von der höchsten Reinheit und mußte weiterraffiniert
werden, um ein brauchbares, duktiles Metall zu gewinnen. Einen wesentlichen Beitrag
zu den Verunreinigungen lieferte die Anwesenheit von unlöslichem Elektrolyten in
dem Metall. Das Metall war offenbar durch sekundäre chemische Reduktion entstanden.
Der Reaktionsmechanismus ist wahrscheinlich der folgende:
in oxydfreien Elektrolyten. In Elektrolyten, welche das Oxyd in der Schmelze enthalten,
spielt sich die Elektrolyse folgendermaßen ab K+ + Cl- -E- C (Anode) -f-- Sauerstoff
= K° -f- C O (Gas) (3) Beispiel 3 In der oben beschriebenen Vorrichtung wurden 100
Teile CaC12 in einer Atmosphäre von Chlorwasserstoff geschmolzen. Durch die Schmelze
wurde trockner, gasförmiger Chlorwasserstoff geleitet, um Oxyde und Carbonate zu
zersetzen und die Schmelze von restlicher Feuchtigkeit zu reinigen. Zur Entfernung
metallischer Verunreinigungen wurde das Bad elektxolysiert, bis sich schließlich
in der Zelle etwas metallisches Calcium abschied. Während und nach der Elektglyse
wurde trockenes Argon durch die Zelle geleitet. Etwa 1 Teil vorgereinigtes, wasserfreies
Ta,0, wurde sorgfältig zu der Schmelze zugesetzt. Es wurde beobachtet, daß wenig
oder gar kein Ta,0, von der Schmelze aufgenommen und gelöst wurde. Die Elektrolyse
der Schmelze wurde jedoch durchgeführt und unter ständigem Zusatz geringer Mengen
Ta205 zu dem Bad fortgesetzt. Die Temperatur wurde zwischen 850 und 1050° C gehalten.
Nach dem Durchgang von ungefähr 75 Amperestunden durch die Zelle wurde die einen
Durchmesser von 25,4 mm besitzende Graphitanode entfernt, und die Salze wurden unter
der inerten Schutzatmosphäre erstarren gelassen. Die Salze wurden von dem Metall
mit kaltem Wasser abgelöst, und das Metall wurde ohne Erwärmen im Vakuum getrocknet.
Das Metall war silbergrau und bestand aus kleinen Teilchen. Offensichtlich hatte
sich
das Metall vorwiegend durch sekundäre chemische Reduktion gebildet.
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Die obigen Verfahrensstufen wurden wiederholt, wobei jedoch dem Gemisch
von CaC12 und Ta205 5 Teile vorgereinigtes CaO zugesetzt wurden. Das unlösliche
Oxyd wurde fast sofort von der Schmelze aufgenommen. Die Lösung war klar und durchsichtig.
Die Temperatur bewegte sich zwischen 985 und 1050° C. Während des Versuchs wurde
der Schmelze Ta205 in kleinen Anteilen zugesetzt, wobei die Konzentration unterhalb
10 Gewichtsprozent gehalten wurde. Die Elektrolyse wurde unter Verwendung der Nickelauskleidung
als Kathode und eines Graphitstabes von 25,4 mm Durchmesser als Anode wieder aufgenommen.
Während des Durchganges von etwa 200 Amperestunden durch die Zelle fand keine Polarisation
statt, und entsprechend der Polarisationsspannung wurde Tantal offenbar vorwiegend
durch primäre Elektrolyse abgeschieden. Nachdem der Tantalgehalt der Zelle erschöpft
worden war (was sich durch ein sprunghaftes Ansteigen der Polarisationsspannung
zu erkennen gab), wurde die Anode herausgenommen und der Zelleninhalt erstarren
gelassen. Die Salze wurden in mit Salzsäure angesäuertem Wasser gelöst, und das
Metall wurde ohne Erhitzen im Vakuum getrocknet. Es zeigte sich, daß das Metall
aus gut ausgebildeten und massiven silberhellen Kristallen bestand. Es waren keine
mißfarbenen Salze und kein mißfarbenes, d. h. grauschwarzes Metall vorhanden. Das
Metall wurde durchgesiebt, wobei 84,70/0 auf einem Sieb von 0,25 mm Maschenweite
zurückgehalten wurden. Beispiel 4 Die Verfahrensstufen des Beispiels 3 wurden mit
Nioboxyd wiederholt, wobei jedoch an Stelle des CaC12 ein eutektisches Gemisch von
BaC12 und SrC12 verwendet wurde. Das gereinigte Bad war kristallklar und wasserhell.
Zu 100 Teilen des Lösungsmittels wurde bei 1050 bis 1200° C 1/2 Teil gereinigtes
und wasserfreies Nb205 zugesetzt. Nach dem Rühren wurde eine trübe Lösung erhalten,
woraus zu erkennen war, daß das Nb205 nicht in Lösung gegangen war. Bei der anfänglichen
Elektrolyse wurde offensichtlich, daß ein anderer Stoff als Niob abgeschieden wurde.
Hierauf wurde vorgereinigtes, wasserfreies Ba0 und SrO zu der Schmelze zugesetzt.
Das Bad wurde sofort klar, und das Nb205 wurde von dem Bad aufgenommen und gelöst.
Es wurde weiteres Ba0 und SrO zugesetzt, bis das Gewichtsverhältnis im Lösungsmittel
64 SrC12:36 BaC12: 10 SrO: 10 Ba0 betrug. Die Konzentration des Nb205 wurde unterhalb
3 Gewichtsprozent gehalten. Nach dem Einsetzen einer Molybdänkathode und einer Graphitanode
wurde die Schmelze elektrolysiert. Die anfängliche Kathodenstromdichte betrug etwa
4,45 A/cm2. Während der Elektrolyse wurde gereinigtes, wasserfreies Nb205 beständig
in den Katholyten mit solcher Geschwindigkeit eingestäubt, daß die Geschwindigkeit
des Verbrauchs des gelösten Stoffes nicht überschritten wurde und die Konzentration
an Nb205 3 Gewichtsprozent nicht überstieg. Nach 5 Stunden wurde dem Bad kein weiteres
Nb205 zugesetzt und die Elektrolyse fortgesetzt, bis das Bad an Niob erschöpft war.
Die Salze wurden von der Kathode und dem Kathodenbelag mit kaltem Wasser abgelöst,
dann wurde das Metall mit verdünnter Salzsäure behandelt, mit Wasser gewaschen,
mit heißer Kalilauge gespült und nochmals mit Wasser gewaschen. Das Metall wurde
ohne Erhitzen getrocknet und untersucht. Es war frei von Salzen und besaß hellgraue
Farbe. Die Kristalle waren nicht so hell und groß wie bei Verwendung eines CaClz
Ca0-BadeS. Das verdichtete Metall war sehr duktil. Beispiel 5 Die Verfahrensstufen
des Beispiels 3 wurden wiederholt, wobei jedoch die Konzentration des gereinigten
CaC12 Ca0-Bades an Nb205 unterhalb 4 Gewichtsprozent gehalten wurde. Die Temperatur
betrug 1100 bis 1200° C. Die anfängliche Kathodenstromdichte (an einer Tantalkathode)
betrug 6,9 A,Icm2, und die Anodenstromdichte überstieg nicht 1,27 A/cm2. Das Niob
ließ sich leicht von den anhaftenden Salzen durch Waschen mit Wasser trennen; es
fiel in silberweißer Farbe und in Form großer, gut ausgebildeter Kristalle an. Es
wurde kein pulverförmiges Niob gefunden.
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Die Versuche unter Verwendung der erfolgreichen Erdalkalichlorid-Oxyd-Gemische
wurden wiederholt, wobei die Zusammensetzung des Elektrolyten in den folgenden Bereichen
abgeändert wurde:
| CaC12 . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 bis
990/0 |
| BaC12 ......... ....... ... ..... 0 bis 770/0 |
| Sr C12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 bis
92 0/0 |
| CaO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,1 bis
200/0 |
| Sr0 .... ........... ....... . .. 0,1 bis 120/0 |
| Ba0 ......................... 0,1 bis 80/0 |
Das Verhältnis von CaClz : CaO variierte im Bereich von 5:1 bis 100:1. Als bevorzugtes
Lösungsmittel dient ein Elektrolyt, bestehend aus 950/0 CaC12 und 50/0 Ca
0. Auch die Konzentration an Ta205 und Nb205 wurde innerhalb weiter Grenzen
von einigen Zehntelprozenten bis zu einer übersättigten Lösung abgeändert. Die bevorzugte
Konzentration des in Lösung befindlichen Oxyds von Tantal oder Niob liegt unterhalb
etwa 5 Gewichtsprozent und richtet sich nach der Kathodenstromdichte und der Temperatur.
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Je höher die Stromdichte ist, desto höher soll die Konzentration an
gelöstem Metalloxyd sein. Die Kathodenstromdichte kann innerhalb eines weiten Bereichs
schwanken; das am besten ausgebildete Metall erhält man jedoch bei anfänglichen
Kathodenstromdichten zwischen 1,55 und 7,75 A/cm2. Bei den niedrigeren Stromdichten
wird eine Konzentration an gelöstem Metalloxyd von etwa 3 Gewichtsprozent bevorzugt.
Die Anodenstromdichte wird unterhalb etwa 1,55 A/cm2 und vorzugsweise unterhalb
etwa 0,775 A/cm2 gehalten. Die Temperatur kann innerhalb weiter Grenzen von 700
bis mehr als 1250° C variieren. Das reinste und duktilste Metall erhält man jedoch
bei etwa 900 bis 1100° C, vorzugsweise bei 950 bis 1050° C.
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Es scheint, daß die Oxyde von Niob oder Tantal in der Halogenidschmelze
in Abwesenheit von Erdalkalioxyd (z. B. Ca0) nur eine geringe molekulare Löslichkeit
besitzen. Infolgedessen stehen nur wenige oder überhaupt keine Nb- oder Ta-Ionen
für die Zersetzung und Abscheidung zur Verfügung. Daher entsteht ein pulverförmiges
Material, welches äußerst empfänglich für Verunreinigungen ist. In Gegenwart von
Erdalkalioxyd findet eine starke Erhöhung der Löslichkeit der Oxyde von Niob und
Tantal und eine Änderung der ionischen Natur des gelösten Stoffes statt, so daß
nunmehr Nb- und Ta-Ionen zur Verfügung stehen und die entsprechenden Metalle durch
primäre Elektrolyse abgeschieden werden. Dies führt zur Bildung von Kristallen,
die im Laufe der Zeit wachsen. Die Art des Niederschlages wird hierdurch völlig
verändert. Der Wirkungsgrad der Abscheidung steigt von etwa 500J0 oder weniger in
Abwesenheit von Calciumoxyd auf 90 0/0 oder mehr in Anwesenheit von Calciumoxyd
an. Das auf diese Weise gewonnene Metall ist sehr duktil und besitzt eine Härte
unterhalb 100 Brinell, gewöhnlich zwischen 40 und 60 Brinell. Die Reinheit ändert
sich je nach der
Reinheit der Oxydbeschickung. Mit einer äußerst
reinen Beschickung wurde ein sehr reines Metall erhalten, dessen Gesamtgehalt an
Niob bzw. Tantal mehr als 99,90/, betrug. Die analytischen Methoden zur Bestimmung
von Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Kohlenstoff in diesen Metallen sind
nicht ganz zuverlässig. Es wurde gefunden, daß das duktilere Metall unter Verwendung
des bevorzugten CaClä Ca0-Elektrolyten unter Innehaltung einer Konzentration an
Tantaloxyd oder Nioboxyd unterhalb 3 Gewichtsprozent in einer in Kammern unterteilten
Zelle mit einer Korbkathode in einer inerten Gasatmosphäre gewonnen wird.
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Eine inerte Gasatmosphäre wird zwar bevorzugt, ist jedoch nicht unbedingt
notwendig, da reines und duktiles Metall auch einer bedeckten, in Kammern unterteilten
Zelle erhalten werden konnte. Als Beschickung kann man an Stelle der Pentoxyde auch
die Oxyde niederer Wertigkeit einsetzen, wobei ebenfalls reines und duktiles Metall
erhalten wird. Es ist zu beachten, daß Feuchtigkeit oder Wasser in jeder Form das
erfindungsgemäße Verfahren undurchführbar macht und daher ausgeschlossen werden
muß. Auch die Anwesenheit von Carbonaten, Sulfaten u. dgl. soll vermieden werden,
da diese zur Entartung des Verfahrens beitragen und ein mit Kohlenstoff u. dgl.
verunreinigtes Metall liefern.
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Die Zufuhr von Nioboxyd oder Tantaloxyd in Mengen, die deren Löslichkeitsgrenze
in dem Elektrolyten überschreiten, soll vermieden werden, da sie nicht zur Leistung
des Verfahrens beiträgt. Ebenso ist eine ständige Verarmung des Elektrolyten zu
vermeiden, da sich sonst bei hohen Kathodenstromdichten Calcium zusammen mit dem
zu gewinnenden Metall abscheidet und die bei der anschließenden Behandlung erfolgende
Wasserstoffentwicklung des Metall spröde und schwer verarbeitbar machen kann.